基于數據收集的科學探究課型探討

尹金輝

摘 要：科學課程是促進學生探索自然理論與實際生活關系的重要方法及知識，其作用為促進學生素質培養。隨著現代知識體系的不斷發展，“科學”課程在我國教育體系中占比逐漸加重，現代互聯網技術發展產生的海量數據使科學的教育方法出現了重大轉變。通過探索數據搜集的方式方法，能促進科學課程的設置更加合理。

關鍵詞：科學;數據搜集;科學探究

中圖分類號：G62? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-9132（2020）30-0029-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.30.014

“科學”主要由“科技”和“學知”組成，科學以解決理論問題和實際問題為本，通過發現或發明事物之間的聯系，各種物質通過這種聯系組成特定的系統來實現特定的功能。作為第一生產力的“科學”是推動時代發展、社會進步的重要因素。就教育而言，我國素來重視“科學”的教育比重，追溯我國教育中科學的發展可以發現，我國教育體系中的“科學”教育經歷了“格致”“博物”“理科”“自然”“常識”“自然常識”“自然”“科學”的演變。以科學為內容，結合教育形式，改變人類認知，從而促進社會生產方式、生活方式、思維方式的變革，已成為“科學課程”的根本目的。

一、科學課型的界定

（一）科學課程界定

在我國教育體系中，“科學”課程主要集中于中小學階段，主要將這一個課程定義為“以培養學生科學素質為宗旨的義務教育階段的核心課程”。科學素質一般包括對自然現象的好奇心和求知欲，運用基本的科學知識和技能認識自己和周圍世界的能力，具備進行科學探究必需的科學思維和方法，與自然界和諧相處的生活態度等。與中小學生的其他課程相比，“科學”課程更強調科學素質教育。結合高等教育學生學識表現來看，有無接受“科學教育”且形成完整科學素質的學生，在大學期間學習能力會有明顯的差異。小學“科學”課程作為我國科學教育課程設置最為集中的階段，其界定主要體現在課程的綜合性，將物質科學、生物科學、地球與環境科學等自然科學各個領域基礎知識技能綜合。另外，“實踐”是小學階段的另一大特點，一般通過動手或者科普等形式實現教育教學。

（二）科學課教育的五大目標

作為素質教育的重要組成，中小學階段“科學”教育的目標包含全面提高每一位學生的科學素質，是科學課程的核心理念，即：全民科學素質培養、多維科學學習方法、塑造生活科學邏輯、促進學生科學探究的意識及目標、開放的科學教育。

1.全民科學素質培養。科學課程的目標是促進民眾實現義務教育階段的培養目標，體現基礎性、普及性和發展性。因此，在廣泛地促進下，科學課程必須要做到面向全體學生，不斷迎合學生個性發展的需要，促使學生個體都能獲得良好的科學教育。無論學生自身是否存在地區、民族、經濟條件、文化背景等方面的差異，還是性別、天資等個體區別，科學課程必須秉承公平、公正的原則，為每一位學生提供學習機會，激發學生的科學潛能。

2.多維科學學習方法。科學課程由“科技”與“學識”組成，強調的不僅是學生獲得前沿基礎科學概念的方法途徑，以及科學概念認知的方法體系，更應該聚焦學生在獲取科學知識及前沿技術后兩者的內在關系，促進學生探究科技與學識的技能方法。此后，則應促進學生在知識學習過程中思維理解及知識表述能力的建設，最終促進學生長于思考的學習方式，勇于開拓的學習精神，實事求是的科學態度。而由此形成的科學知識學習方式、科學關系探索、科學思想樹立、科學態度端正四個層面的學習體系。

3.塑造生活科學邏輯。“科學”源于生活，是根據生活中的自然規律總結形成的，科學課程必須聯系實際，其課程起點應為從學生對實際生活的認知，通過生活中自然規律的特點聯系生活經驗，使得學生對知識層面與實踐層面產生共鳴，引發學生通過科學學習透析生活情境的重要認識，最終達到從了解科學，到以科學視角解決日常生活中的問題，逐步促進科學與生活的相互促進，然后逐漸升華，以開拓精神探索創造科學良性循環的學習模式。既可以使學生提升對科學學習的興趣及樂趣，又可以培養學生對科學的探索開拓精神，更可以達到學生對科學知識與生活實踐的融會貫通。

4.促進學生科學探究的意識及目標。探究精神是任何學科及學習必須具備的態度與方式，特別是科學學科，探究精神幾乎是科學發展演變的本質特征，是推動科學發展的重要動力。在學生科學課堂中，由科學學習引發的“探索”精神是學生素質教育的首要任務，學校是學生學習科學的啟蒙與引導方。促進學生在學習過程中養成“探究”精神，幫助學生通過探索驗證自身經歷的科學過程，將對學生好奇心的保護以及學習熱忱的激發具有極大的促進性。另一方面，科學探究雖然是學生科學知識學習的重要方式，但這并非唯一途徑，所以科學教育的又一大意義是培養學生科學學習的理論方法，遵從學生的學習興趣，引導學生創新學習途徑，豐富學習方法。

5.開放的科學教育。我國科學課程設置與數學、語文、英語等應試課程不同，重點在于素質教育，因此在教育內容、學科作業與練習、學習方式組織、學習成效評價等方面必須轉變思路，要結合科學課程中開放性的特點，在不同程度上符合地區、學生生活經驗背景，學生知識需要等構建區別化教育。以引導為主，聚焦學生活動關系密切的學校、家庭、社會、大自然、網絡和各種媒體中的多種資源，不斷加強科學與其他學科之間的融合性知識體系。

二、數據搜集

大數據時代，海量數據重塑了當下科學發展基礎，使人們能夠通過信息、技術等方式重新驗證科學發展的正確性，同時基于數據分析，在原有科學基礎上衍生新科學理論，從廣義的角度說，這是科學新的發展途徑，也是科學探索的新方式。

（一）數據定義及對科學探索的意義

近年來，隨著科技的發展，通過自然衍生的規律已可以通過數據進行表達及記錄，數據本身在自然地疊加下又形成新的知識，充斥著現代科學。在科學的發展中，數據被賦予事實或觀察結果，是對客觀事物的邏輯歸納，是用于表示客觀事物的未經加工的原始素材。

（二）數據采集方法

鑒于數據對科學的重要作用，以數據為支撐促進的科學教育發展逐漸成為國家“科學”教育的重要方式方法，因此衍生了在教育體系中“科學”領域數據采集問題。目前，數據采集主要有三種方式：傳感器數據采集方法、系統日志采集方法、Web 爬蟲采集方法。

1.傳感器數據采集方法。主要通過外接感應裝置實現數據搜集工作，傳感器以紅外為主，通過對日常生活中的現象進行敏銳傳感測試，獲取物理、數學等規律，采集完畢后將這些數值轉變為一些電腦能夠準確識別的信號，然后上傳到數字終端進行歸納，完成數據的工作，最終用于探索印證科學。

2.系統日志采集方法。系統日志數據的來源主要由計算機內部數據計算而來，就一般情況而言，系統日志數據源的生產與自然科學并不具備必然的聯系，但是隨著計算機發展加速，以及網絡信息數據的豐富，有自然數據與計算機技術迭代產生的新數據已成為科學探索的重要途徑。因此，系統日志數據對促進科學發現變得更有意義，此類數據趨近于計算科學，所以更為準確，且邏輯性更強。系統日志采集方法主要通過計算機產生的系統日志文件數據衍生，例如數據源間各項計算操作過程形成的實施結果記錄，web網絡服務數據等。

3.Web 爬蟲數據采集方法。網絡作為現代科學發展的重要產物，具有廣泛性和科學性，打破了傳統知識獲取的途徑，解決因地域形成的科學隔閡。“爬蟲”是用于知識記錄的一種廣泛工具，其作用機理是通過搜索引擎下載并存儲網頁的機理，實現數據儲備，并以結構化的方式存儲，支持圖片、音頻、視頻等文件或附件的采集。

三、基于數據收集的科學探究課型

鑒于現代科學發展趨勢及現代科學探索工具，以數據搜集為途徑的科學教育逐漸成為新時期“科學”教育的基礎及路徑。如何根據我國對科學領域的界定及內容標準，利用數據搜集方式形成科學課型，是當前教育領域的重大課題。

（一）確立科學教育服務主體

結合我國對科學學科的內容界定，首先要明確科學在教育中服務學生知識增長、素質培養的重要作用，也正是基于以上目的，我們對科學教育有了明確的范圍界定，在數據搜集應用于科學課型的搜集過程中，必須牢牢把握以學生學習為主的科學范圍。

（二）以服務主體為目標構建科學教育知識體系

科學教育涉及廣泛，自然、數學、化學、物理都是廣義科學涵蓋內容，若只以科學的大范疇作為探索對象，很難做到全面細致。但是對科學教育服務對象進行有效的界定后，基本可以明確教育內容要以生活中自然科學及實踐為主的知識范疇。

（三）以體系選擇數據搜集方式及工具

在確立知識范疇后，結合當前數據采集的主要形式，進行科學知識填充教育。科學教育的目標以知識授予及培養探索精神為主，需要嚴格把握積極探索。互聯網絡的高速發展使我國各個年齡段的學生都能獨自運用，在數據采集中具有很強的可實踐性。傳統的科學教育主要通過言傳身教的形式，雖然強調了知識教授，但也會打擊學生的探索精神，因此選取數據傳感搜集的方式用于課程設計，有助于學生親身感受科學的存在，對學生探索興趣的提高有極大的裨益。探索除了對興趣的培養以外，更為強調新知識的生成。在傳統的科學發展歷史中，人們普遍對科學一詞的認識是需要具備高深的理論基礎以及先進的實驗工具。隨著信息技術的發展，通過計算就可以驗算淺顯的科學知識，同時在知識的疊加后形成新知識體系。因此，在新科學教育過程中，通過系統日志數據采集可有助于實現簡單的科學知識驗證，適合學生層面的科學學習。

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